SU1166668A3

SU1166668A3 - Method of producing reduced iron and reducing gas and device for effecting same

Info

Publication number: SU1166668A3
Application number: SU833603601A
Authority: SU
Inventors: Верджил Саммерс Фрэнк; Чарльз Майсснер Дэвид; Браун Рональд
Original assignee: Мидрекс Корпорейшн (Фирма)
Priority date: 1983-06-15
Filing date: 1983-06-15
Publication date: 1985-07-07

Abstract

1. Способ производства восстановленного железа и восстановительного газа, включающий предварительное восстановление в шахтной печи, окиси железа в смеси с флюсом, в качестве которого используют известн к или доломит, последующее расплавление с подачей в расплав топ- лива кислорода и флюса, обессеривание полученного в зоне расплава восстановительного газа, содержащего по меньшей мере 80% окиси углерода и водорода, охлаждение газа и подачу его в шахтнзпо печь, отличающийс тем, что, с целью уменьшени износа футеровки печи, в расплав подают с регулируемой скоростью хладагент и поддерживают тем-г пературу расплава 1350-1600 С, а в качестве хладагента используют пар или топливосодержащий газ из водорода , окиси углерода, метана или их смеси., i 2. Способ по П.1, отличающийс тем, что полученгшй вое- ; становительный газ перед вводом в iшахтную печь охлаждают до 800-900 С путем смешивани с колошниковым газом, очищенным от углекислого газа. 3. Способ по П.1, отличающийс тем, что в качестве хладагента используют очищенный и охлажденный колошниковый газ, который подают в нижнюю зону расплава. 4. Устройство дл производства восстановленного железа и восстано .витального газа, содержащее шахтную печь с узлами ввода и вывода материала и восстановительного газа, пла- . i вильную емкость-газификатор, соединенный трубопроводом с узлами ввода О) восстановительного газа, трубопровод отвода из шахтной печи колошникового газа с узлами его охлаждени и очистки, трубопроводы ввода твердого топлива и кислорода, о т .личающеес тем, что, с целью уменьшени износа футеровки, Од оно снабжено дополнительными соедиа ненными друг с другом через клапан О) трубопроводами с узлами очистки ко- . Од лошникового газа от двуокиси углерода и подачи пара, и системой соедиоо нительных трубопроводов, два из которых соедин ют трубопровод с узлами очистки колошниковогогаза от двуокиси углерода с трубопроводом отвода .колошникового газа, и дном газификатора а два других - с трубопроводами ввода восстановительного газа в шахтную печь, при этом один из трубопроводов, соедин ющих трубопровод с узлами очистки газа от двуокиси углерода с трубопроводом восстановительного газа в шахт1. A method of producing reduced iron and reducing gas, including preliminary reduction in a shaft furnace, iron oxide in a mixture with a flux, which is known as limestone or dolomite, subsequent melting with supply of oxygen and flux to the melt, desulfurization obtained in melt reducing gas containing at least 80% carbon monoxide and hydrogen, cooling the gas and supplying it to the kiln furnace, characterized in that, in order to reduce wear of the furnace lining, to the melt the refrigerant is supplied at a controlled rate and the temperature of the melt is maintained at 1350-1600 ° C, and steam or fuel-containing gas from hydrogen, carbon monoxide, methane or a mixture thereof is used as the refrigerant. i 2. The method according to claim 1, characterized in what the resulting voin-; The settling gas is cooled to 800-900 ° C before being introduced into the mine furnace by mixing with carbon dioxide cleaned blast furnace gas. 3. A method according to claim 1, characterized in that purified and cooled top gas is used as a refrigerant, which is fed to the lower zone of the melt. 4. A device for the production of reduced iron and restored. Vital gas containing a shaft furnace with input and output units of the material and reducing gas, is. i a strong gasifier tank, connected by pipeline with input nodes O) reducing gas, pipeline for exhausting the top gas from the shaft furnace with cooling and cleaning units, pipelines for introducing solid fuel and oxygen, so as to reduce wear of the lining At one, it is equipped with additional pipelines connected to each other through valve O) with cleaning units. One of the best gas from carbon dioxide and steam supply, and a system of connecting pipelines, two of which connect the pipeline with the carbon dioxide dioxide cleaning unit from the carbon dioxide dioxide to the pipe gas outlet and the bottom of the gasifier; furnace, with one of the pipelines connecting the pipeline with carbon dioxide gas cleaning units to the reducing gas pipeline to the mines

Description

ную печь снабжен нагревателем, а трубопроводы подачи тверд ого топлива и кислорода соединены с днищем емкости-газификатору.The furnace is equipped with a heater, and the pipelines for the supply of solid fuel and oxygen are connected to the bottom of the gasifier tank.

5. Устройство по п.4, отличающеес тем, что оно снабжено узлом дл ввода флюса , соединенным с . днищем емкости- газификатора .5. The device according to claim 4, characterized in that it is provided with a flux injection unit connected to. gasifier bottom.

6666866668

6.Устройство по п.4, отличающеес тем, что оно снабжено змеевиковым теплообменником,6. The device according to claim 4, characterized in that it is provided with a coil heat exchanger,

, окружающим емкость-гази ||икатор.surrounding capacitance-gazi || ikator.

7.Устройство по п.4, от л и чающе е с тем, что оно снабжено резервуаром дл хранени топлива , соединенным с трубопроводом7. The device according to claim 4, from which it is provided with a fuel storage tank connected to the pipeline

с узлами дл очистки газа от двуокиси углерода.with carbon dioxide gas purification units.

1one

Изобретение относитс к пр мому , получению железа с одновременным производством малосернистого восстановительного газа посредством газификации углеродсодержащего топлива в. ванне расплавленного железа.The invention relates to the direct, production of iron with the simultaneous production of low-sulfur reducing gas by means of gasification of carbon-containing fuel. molten iron bath.

Целью изобретени вл етс уменьшение износа футеровки печи.The aim of the invention is to reduce the wear of the furnace lining.

На фиг. 1 схематически изображен газификатор ванны расплава дл подачи восстановительного газа в шахтную печь и необходимое вспомогательное оборудование; на фиг. 2 - схема технологического процесса; на фиг. 3 - вариант технологического процесса.FIG. 1 shows schematically a melt bath gasifier for supplying a reducing gas to a shaft furnace and the necessary auxiliary equipment; in fig. 2 - flow chart; in fig. 3 - a variant of the technological process.

Газификатор 1 ванны-расплавлен-ного металла содержит ванну расплавленного железа 2 и жидкотекучий шлак 3. Змеевики холодильника 4 окружают газификатор. Топливо, например уголь, из источника 5 ввод т в ванну через днище газификатора. Флюс, .например 1ьзвесть, из источника 6 ввод т в ванну, как составную часть, необходимую дл регулирований текучести шлака и улучшени удалени серы. Кислород из источника 7 также ввод т в ванну через дни|ще газификатора дл окислени и газификации топлива в окись углерода .The gasifier 1 of the molten metal bath contains a bath of molten iron 2 and flowable slag 3. The coils of the refrigerator 4 surround the gasifier. Fuel, such as coal, from source 5 is introduced into the bath through the bottom of the gasifier. A flux, for example, from a source 6 is introduced into the bath as an integral part for adjusting the slag flowability and improving sulfur removal. Oxygen from source 7 is also introduced into the bath through the bottoms of the gasifier to oxidize and gasify the fuel to carbon monoxide.

Подход щим топливом вл ютс уголь, углеводород, древесный уголь, газ коксовой печи или люба их смесь Предпочтительным топливом вл етс порошковый уголь.Suitable fuels are coal, hydrocarbon, charcoal, coke oven gas, or any mixture thereof. Powder coal is the preferred fuel.

Змеевики обеспечивают наружное охлаждение газификатора. Вода из источника проходит через змеевики и выходит в виде пара из трубопровода 8. Желательно поддерживать рабочую температуру газификатора пор дка . Пар из источника 9, либо колошниковый газ, очищенный от двуокиси углерода, из трубопровода 10, либо смесь, регулируемую клапаном 11, ввод т в ванну расплава через трубопровод 12. Температуру ванны регулируют устройством (не показано ) , которое управл ет работой клапана 36 и, следовательно, вводом пара и/или очищенного колошникорчого газа.Coils provide external cooling of the gasifier. The water from the source passes through the coils and leaves the pipeline 8 in the form of steam. It is desirable to maintain the working temperature of the gasifier on the order of. Steam from source 9, or flue gas purified from carbon dioxide, from line 10, or a mixture controlled by valve 11, is introduced into the molten bath through pipe 12. The temperature of the bath is controlled by a device (not shown) that controls the operation of valve 36 and therefore, the introduction of steam and / or purified blast off gas.

Жидкий шлак.З удал ют из газификатора через выпускное отверстие 13 по мере .надобности. Гор чий, с примес ми , окислителей газ (восстановительный газ) удал ют из газификатора 1 через трубопровод 14, после чего его смешивают с охлажденным до температзфы ниже температуры плавлени шлака колошниковым газом , очищенным от двуокиси углерода, который поступает из трубопровода 15 в смеситель-холодильник 16. Нагретый колошниковый газ, бедный двуокисью углерода, добавл ют из трубопровода 17 в смешанный восстановительный газ, и полученную смесь ввод т в печь 18 дл пр мого восстановлени через трубопровод 19. Окись железа из бункера 20 подают в печь 18 через трубопровод 21 с целью образовани в ней шихты с уплотненньпу слоем. Движуща с вниз шихта из окиси железа восстанавливаетс до железа, освобожденного отLiquid slag 3 is removed from the gasifier through outlet 13 as needed. Hot gas, with impurities, oxidizers (reducing gas) is removed from gasifier 1 through line 14, after which it is mixed with chilled gas, purified from carbon dioxide, cooled to temperature below the melting point of slag. refrigerator 16. Heated carbon dioxide flue gas is added from line 17 to the mixed reducing gas, and the mixture is introduced into furnace 18 for direct reduction through line 19. Iron oxide from the hopper 20 odayut in furnace 18 through line 21 to form therein a charge uplotnennpu layer. Downward charge of iron oxide is reduced to iron, freed from

33

примесей, посредством противотока восстановительного газа. Освобожденное от примесей желе.зо удал ют у выпускного отверсти 22 из печи, и отработанный колошниковый газ удал ют из печи через трубопровод 23 При необходимости известь или известн к можно подавать в печь через трубопровод 21 как часть опускающейс шихты. Нагретый отработанный колошниковый газ будет обжигать известь . В случае наличи значительного количества серы в восстановительном газе она будет соедин тьс с кальцием в виде сульфида кальци , который удал ют с железом, освобожденным от примесей, совместно с окисью кальци , не вступившей в реакцию , через выпускной трубопровод 22. Это предотвращает загр знение пр мо восстановленного железа сульфидом, а также предотвращает загр знение отработанного колошникового газа.impurities, by means of a countercurrent reducing gas. The impurities freed of impurities are removed from the furnace at the outlet 22 from the furnace, and the exhaust top gas is removed from the furnace through conduit 23. If necessary, lime or lime can be supplied to the furnace through conduit 21 as part of the descending charge. The heated spent blast furnace gas will burn lime. If there is a significant amount of sulfur in the reducing gas, it will be combined with calcium in the form of calcium sulfide, which is removed with iron, free from impurities, together with calcium oxide, which has not reacted, through the exhaust pipe 22. This prevents contamination This reduces the amount of reduced iron produced by sulphide and also prevents the flue gas from becoming fouled.

Вследствие термодинамических ограничений не весь водород и окись углерода в восстановительном газе вступают в реакцию с окисью железа, следовательно отработанныйколошниковый газ, удаленный через трубопровод 23, содержит ценный водород и окись углерода. Отработанный колош- .никовый газ проходит через холодильник 24 и скрубер 25 дл уменьшени температуры газа и удалени воды и пьши из газа. Часть очищенного охлажденного колошникового газа проходит через трубопроводы 26 и 27 и ее используют в качестве топлива дл грелки 28. Воздухе дл горени подают из источника 29, а дополнительное топливо могут вводить от источника 30 (при необходимости) дл нормальной работы горелки 28. Если необходимо топливо дл других процессов, .то оно может выпускатьс из трубопровода 26 через трубопровод 31 и хранитьс в резервуаре 32.Due to the thermodynamic constraints, not all of the hydrogen and carbon monoxide in the reducing gas reacts with iron oxide, hence the waste coal gas removed through line 23 contains valuable hydrogen and carbon monoxide. Exhaust white gas passes through cooler 24 and scrubber 25 to reduce the temperature of the gas and remove water and gas from the gas. A portion of the purified cooled flue gas passes through lines 26 and 27 and is used as fuel for the heater 28. Combustion air is supplied from source 29, and additional fuel can be introduced from source 30 (if necessary) for normal burner operation 28. If fuel is needed for other processes, it can be discharged from conduit 26 through conduit 31 and stored in reservoir 32.

. Основную часть отработанного колошников го газа из трубопровода 26 сжимают в компрессоре 33., затем очищают от двуокиси углерода в системе 34 дл удалени кислых газов. Полученный колошниковый газ, бедный двуокисью углерода, используют трем способами: -дл охлаждени ванны расплавленного металла через трубопроводы 10 и 12; дл смешивани . The main part of the waste gas from the pipe 26 is compressed in compressor 33., then cleaned of carbon dioxide in system 34 to remove acid gases. The resulting carbon dioxide-free top gas is used in three ways: - to cool the molten metal bath through lines 10 and 12; for mixing

684684

газифицированного восстановительного газа через трубопровод 15; дл ввода в нагреватель 35 через трубопровод 36 с целью повторного нагрева дл регулировани температуры восстановительного газа в трубопроводе 19.gasified reducing gas through pipeline 15; to enter heater 35 through conduit 36 for the purpose of reheating to regulate the temperature of the reducing gas in conduit 19.

При работе температуру ванны расплавленного металла поддерживают вDuring operation, the temperature of the molten metal bath is maintained at

пределах 1350-1600°С, предпочтительно V1500°C. Температура восстановительного газа в трубопроводе 19 поддерживаетс между 800 и 900 С, предпочтительно 850 °С, дл обеспечени the range of 1350-1600 ° C, preferably V1500 ° C. The temperature of the reducing gas in line 19 is maintained between 800 and 900 ° C, preferably 850 ° C, to ensure

такого восстановительного газа, который вступает в реакцию с шихтой из.окиси железа, но не расплавл ет продукцию из железа, освобожденного от примесей.such a reducing gas that reacts with a mixture of iron oxide, but does not melt the products of iron, free from impurities.

Вариант устройства, показанный на фиг. 2, содержит систему 37 удалени серы, в которой окись кальци подают через трубопровод 38, а продукт реакции - сульфид кальци удал ют через трубопровод 39. Следовательно , по существу свободный от серы восстановительный газ ввод т в лечь 18 через трубопровод 19.The device variant shown in FIG. 2, contains a sulfur removal system 37 in which calcium oxide is supplied through conduit 38, and the calcium sulphide reaction product is removed through conduit 39. Therefore, a substantially sulfur-free reducing gas is introduced into treatment 18 through conduit 19.

В другом варианте (фиг. 3) хладагент , вводимый в газификатор 1 че-рез трубопровод 12, представл ет собой очищенный охлажденный отработанный колошниковый газ, имеющий такой же состав, что и в трубопроводе 26. Система 34 дл удалени двуокиси углерода обеспечивает газом, богатым горючим, трубопровод 15, часть которого ввод т в газификатор 1 над ванной расплавленного металлаIn another embodiment (FIG. 3), the refrigerant introduced into the gasifier 1 through pipe 12 is a purified cooled waste top gas having the same composition as in pipe 26. The system 34 for removing carbon dioxide provides a gas rich fuel pipe 15, part of which is introduced into the gasifier 1 above the bath of molten metal

через трубопровод 40. Это обеспечивает получение в некоторой мере бо- лее холодного восстановительного газа в трубопроводе 14, имеющего температуру v 1500 С. Затем этот восстан .овительный газ довод т до температуры л-850с в холодильнике 16 до его ввода в печь 18 дл пр мого восстановлени .through conduit 40. This provides a somewhat more cold reducing gas in conduit 14 having a temperature of 1500 C. Then the regenerative gas is then brought to a temperature of l-850 s in the refrigerator 16 before being introduced into the furnace 18 for direct recovery.

Температуру в ванне с расплавленным металлом поддерживают в пределах 1350-1600°С. При падении температуры ниже 1350°С в расплаве металла начинают образовыватьс твердые частицы. Кроме того, шлак становитс в зким. Температура расплава 1600 С приводит к сильному износу огнеупорной футеровки в сосуде. Поэтому рабочий температурный диапа5 зон расплава металла имеет предел и нижний предел 1350° Предпочтительной рабочей температурой вл етс 1500°С - температура при которой шлак остаетс относител но жидким, а расплавленное железо имеет необычную в зкость. Предпочтительной температурой дл восстановительного газа вл етс 800-900 0, при которой наиболее лег ко восстанавливаетс окись железа. В случае отклонени значений от оптимальных качество газа резко сни жаетс и степень восстановлени недопустимо падает. . При пр мом восстановлении окиси железа до железа, освобожденного от примесей, в шахтной печи реакцио ный колошниковый газ перегреваетс и должен охлаждатьс немедленно при удалении из печи. Этот перегрев используетс дл обжига извести с цел удалени серы из шахтной печи. В табл. 1 представлена характеристика исходных материалов. Таблица 1 Окись железа Fe2 Oj 8 В табл. 2 приведен расход газа и его состав при интервале температур расплава 1350-1600°С. В табл. 1 приведен расход твердых материалов при получении одной тонны (метрической тонны) железа пр мого восстановлени . Уголь имеет высокую теплотворную способность на сухой основе, равную 7941 ккал/кг. Теплотворна способность 366 кг использованного угл составл ет, таким образом, 2,74 гкал.,.Газификатор работает, предпочтительно, при 1500°С. Восстановительный газ, подаваемый в восстановительную печь, регулируют с помощью подогревател и трубопровода газовой смеси- до температуры ,815 С, котора вл етс предпочтительной дл пр мого восстановлени окиси железа. В св зи с колебани ми содержани серы в угле и-составе золы в газификатор расплавленного металла ввод т известь. Необходимое количество извести колеблетс от О до 130 кг извести на тонну железа пр мого восстановлени при изменении содержани серы в угле от О до 2,0%. Состав железа пр мого восстановлени , полученного в шахтной печи при оптимальных рабочих параметрах , будет следующим,%: Элементное железо85,98 FeO8,34Рудна порода4,09 Углерод1,50 Из изложенного следует, что способ и устройство дл получени восстановительного газа в ванне раславленного металла в сочетании с ахтной печью дл пр мого восстановени окиси железа до-железа, освоожденного от примесей, вл ютс ысокоэффективными, в результате его получают железо, освобожденное т примесей, без серы, а также свродньй от серы отработанный колошниовый газ.The temperature in the molten metal bath is maintained at between 1350 and 1600 ° C. When the temperature falls below 1350 ° C, solid particles begin to form in the metal melt. In addition, the slag becomes viscous. The temperature of the melt 1600 C leads to severe wear of the refractory lining in the vessel. Therefore, the operating temperature range of the molten metal zone has a limit and a lower limit of 1350 °. The preferred operating temperature is 1500 ° C - the temperature at which the slag remains relatively liquid, and the molten iron has an unusual viscosity. The preferred temperature for the reducing gas is 800-900 ° C, at which iron oxide is most easily reduced. If the values deviate from the optimum, the gas quality decreases dramatically and the degree of reduction inadmissibly decreases. . In direct reduction of iron oxide to impurity-free iron in the shaft furnace, the reaction top gas is overheated and should be cooled immediately upon removal from the furnace. This overheating is used to calcine lime to remove sulfur from the shaft furnace. In tab. 1 shows the characteristics of the source materials. Table 1 Iron oxide Fe2 Oj 8 In table. 2 shows the gas flow rate and its composition in the temperature range of the melt 1350-1600 ° C. In tab. Figure 1 shows the consumption of solid materials in the production of one ton (metric ton) of direct reduced iron. Coal has a high calorific value on a dry basis, equal to 7941 kcal / kg. The calorific value of 366 kg of used coal is thus 2.74 Gcal. The gasifier operates, preferably, at 1500 ° C. The reducing gas supplied to the reduction furnace is regulated by means of a preheater and gas mixture pipeline to a temperature of 815 ° C, which is preferred for the direct reduction of iron oxide. Due to variations in the sulfur content of the coal and the composition of the ash, lime is introduced into the gasifier of the molten metal. The required amount of lime ranges from 0 to 130 kg of lime per ton of direct reduction iron when the sulfur content in coal varies from 0 to 2.0%. The composition of the direct reduction iron obtained in the shaft furnace at optimum operating parameters will be as follows: Elemental iron 85.98 FeO8.34 Ore rock4.09 Carbon1,50 From the foregoing, the method and apparatus for producing a reducing gas in a molten metal bath in in combination with an auxiliary furnace for the direct reduction of iron oxide to iron, freed from impurities, are highly efficient, as a result of which iron is obtained, released from impurities, without sulfur, and also from sulfur from waste th gas.

Сырье в восстановительную печьRaw material in the reduction furnace

КолошниковыйBlast furnace

Таблица 2table 2

3,23.2

3,83.8

47,6 4,147.6 4.1

41,341.3

f f

Q)Q)

-С-WITH

ъъ

л Qjie jel qjie je

-с-with

oooooooooo

tvitvi

oooooo

гй M Mr. M

vTOOvTOO

Claims

1. A method for the production of reduced iron and reducing gas, including preliminary reduction in a shaft furnace, iron oxide mixed with flux, which is used as limestone or dolomite, followed by melting with feeding to the top-melt. oxygen and flux, desulphurization of a reducing gas obtained in the melt zone containing at least 80Z of carbon monoxide and hydrogen, cooling the gas and supplying it to a shaft furnace, characterized in that, in order to reduce wear of the furnace lining, the melt is fed at a controlled speed the refrigerant and maintain the melt temperature of 1350-1600 ° C, and steam or fuel-containing gas from hydrogen, carbon monoxide, methane or a mixture thereof is used as the refrigerant. .one

2. The method according to claim 1, characterized in that the obtained reducing gas before entering into the shaft furnace is cooled to 800-900 C by mixing with blast furnace gas, purified from carbon dioxide.

31 Method pop. 1, characterized in that the purified and cooled blast furnace gas, which is fed into the lower melt zone, is used as a refrigerant.

4. Device for the production of · reduced iron and reducing gas, containing a shaft furnace with units for input and output of material and reducing gas, pla-. a forked gasifier tank connected by a pipe to the reducing gas input nodes, a discharge pipe from the shaft furnace of the top gas with its cooling and purification nodes, solid fuel and oxygen input pipelines, characterized in that, in order to reduce the wear of the lining, it is equipped with additional connected to each other with the other through the valve by pipelines with cleaning units to-. carbon dioxide gas from steam and steam supply, and a system of connecting pipelines, two of which connect the pipeline to the top gas treatment units from carbon dioxide with the top gas discharge pipe with the bottom of the gasifier ”and the other two with pipelines for introducing reducing gas into the shaft furnace, In this case, one of the pipelines connecting the pipeline with carbon dioxide gas purification units with the VVO- * and reducing gas pipeline to the shaft furnace is equipped with a heater, and the supply pipelines are solid th fuel and oxygen are connected to the bottom of the container-gazifikatorr.

5. The device according to claim 4, characterized in that it is equipped with a node for introducing flux connected to the bottom of the tank-gasifier.

6. The device according to claim 4, characterized in that it is equipped with a coil heat exchanger surrounding the gasifier tank.

7. The device according to claim 4, characterized in that it is equipped with a fuel storage tank connected to a pipeline with nodes for cleaning gas from carbon dioxide.